Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення чи передачі енергії. Визначається ставленням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою; позначається зазвичай η («ця»). η = Wпол/Wcyм. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється у відсотках. Математично визначення ККД може бути записане у вигляді:
X 100%,
де А- Корисна робота, а Q- Витрачена енергія.
Через закон збереження енергії ККД завжди менше одиниці чи дорівнює їй, тобто неможливо отримати корисної роботи більше, ніж витрачено енергії.
ККД теплового двигуна- Відношення здійсненої корисної роботи двигуна до енергії, отриманої від нагрівача. ККД теплового двигуна може бути обчислений за такою формулою
,де – кількість теплоти, отримана від нагрівача, – кількість теплоти, віддана холодильнику. Найбільшим ККД серед циклічних машин, що оперують при заданих температурах гарячого джерела T 1 та холодного T 2, мають теплові двигуни, що працюють за циклом Карно; цей граничний ККД дорівнює
.Не всі показники, що характеризують ефективність енергетичних процесів, відповідають наведеному вище опису. Навіть якщо вони традиційно чи помилково називаються «», вони можуть мати інші властивості, зокрема, перевищувати 100%.
ККД котлів
Основна стаття: Тепловий баланс котла
ККД котлів на органічному паливі традиційно розраховується за нижчою теплотою згоряння; при цьому передбачається, що волога продуктів згоряння залишає котел у вигляді перегрітої пари. У конденсаційних казанах ця волога конденсується, теплота конденсації корисно використовується. При розрахунку ККД по нижчій теплоті згоряння він може вийти більше одиниці. В даному випадку коректніше було б вважати його за найвищою теплотою згоряння, що враховує теплоту конденсації пари; Однак при цьому показники такого котла важко порівнювати з даними про інші установки.
Теплові насоси та холодильні машини
Перевагою теплових насосів як нагрівальної техніки є можливість іноді отримувати більше теплоти, ніж витрачається енергія на їх роботу; аналогічно холодильна машина може відвести від охолоджуваного кінця більше теплоти, ніж витрачається на організацію процесу.
Ефективність таких теплових машин характеризують холодильний коефіцієнт(для холодильних машин) або коефіцієнт трансформації(Для теплових насосів)
,де - тепло, яке відбирається від холодного кінця (у холодильних машинах) або передається до гарячого (у теплових насосах); - робота, що витрачається на цей процес (або електроенергія). Найкращими показниками продуктивності для таких машин має зворотний цикл Карно: у ньому холодильний коефіцієнт
,де , - Температури гарячого і холодного кінців, . Ця величина, очевидно, може бути як завгодно велика; хоча практично до неї важко наблизитися, холодильний коефіцієнт все ж таки може перевищувати одиницю. Це не суперечить першому початку термодинаміки , оскільки, крім енергії, що приймається в розрахунок A(напр. електричної), тепло Qйде й енергія, що відбирається від холодного джерела.
Література
- Перишкін А. В.фізика. 8 клас. – Дрофа, 2005. – 191 с. - 50 000 екз. - ISBN 5-7107-9459-7.
Примітки
Wikimedia Foundation. 2010 .
Синоніми:- Turbo Pascal
- ККД
Дивитися що таке "" в інших словниках:
коефіцієнт корисної дії- Відношення потужності, що віддається, до споживаної активної потужності. [ОСТ 45.55 99] коефіцієнт корисної дії ККД Величина, що характеризує досконалість процесів перетворення, перетворення або передачі енергії, що є ставленням корисної ... Довідник технічного перекладача
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- або коефіцієнт віддачі (Efficiency) – характеристика якості роботи будь-якої машини або апарату з боку її економічності. Під К. П. Д. мається на увазі відношення кількості отриманої від машини роботи або енергії від апарата до тієї кількості.
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (К.п.д.), показник ефективності дії механізму, що визначається як відношення роботи, що здійснюється механізмом, до роботи, витраченої на його функціонування. К.п.д. зазвичай виражають у відсотках. Ідеальний механізм мав би мати к.п.д =… … Науково-технічний енциклопедичний словник
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ Сучасна енциклопедія
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД) характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення енергії; визначається ставленням корисно використаної енергії (перетвореної на роботу при циклічному процесі) до сумарної кількості енергії, … Великий Енциклопедичний словник
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД), характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення або передачі енергії; визначається ставленням т) корисно використаної енергії (Wпол) до сумарного колу енергії (Wсум), отриманого системою; h=Wпол… … Фізична енциклопедія
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД) відношення корисно використовуваної енергії W п, напр. у вигляді роботи, до загальної кількості енергії W, одержуваної системою (машиною або двигуном), W п/W. Через неминучі втрати енергії на тертя та ін. нерівноважні процеси для реальних систем. Фізична енциклопедія
КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- Відношення корисно витрачається роботи або одержуваної енергії до всієї витраченої роботи або відповідно споживаної енергії. Напр., К. п. д. електродвигуна відношення механ. потужності, що їм віддається, до електр. потужності; К.… … Технічний залізничний словник
коефіцієнт корисної дії- сущ., кіл у синонімів: 8 ккд (4) віддача (27) плідність (10) … Словник синонімів
Коефіцієнт корисної дії- - величина, що характеризує досконалість будь-якої системи по відношенню до будь-якого процесу перетворення або передачі енергії, що протікає в ній, яка визначається як відношення корисної роботи, до роботи, витраченої на приведення в дію. Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів
Коефіцієнт корисної дії- (ккд), числова характеристика енергетичної ефективності будь-якого пристрою чи машини (зокрема теплової машини). Ккд визначається ставленням корисно використаної енергії (тобто перетвореної на роботу) до сумарної кількості енергії, … Ілюстрований енциклопедичний словник
Книги
- Коефіцієнт біоконверсії, Ю. Ф. Новіков, Який механізм перетворення корму на тваринницьку продукцію, з яким коефіцієнтом корисної дії він працює і як збільшити його? - На ці питання відповідає дана книга. У ній… Категорія: Дизайн та обробка графіки Серія: Науково-популярна література Видавець: Агропромвидав, Виробник:
Як відомо, на даний момент ще не створено таких механізмів, які б до кінця перетворювали один вид енергії на інший. У процесі роботи будь-який рукотворний прилад витрачає частину енергії на опір сил або даремно її розсіює в навколишнє середовище. Те саме відбувається і в замкнутому електроланцюзі. Коли заряди протікають провідниками, здійснюється опір повного і корисного навантаження роботи електрики. Щоб порівняти їх співвідношення, потрібно зробити коефіцієнт корисної дії (ККД).
Навіщо потрібен розрахунок ККД
Коефіцієнт корисної дії електричного кола – це відношення корисного тепла до повного.
Для ясності наведемо приклад. При знаходженні ККД двигуна можна визначити, чи його основна функція роботи виправдовує витрати споживаної електрики. Тобто його розрахунок дасть ясну картину, наскільки добре пристрій перетворює енергію, що отримується.
Зверніть увагу!Зазвичай, коефіцієнт корисного впливу немає величини, а є процентне співвідношення чи числовий еквівалент від 0 до 1.
ККД знаходять за загальною формулою обчислення, для всіх пристроїв загалом. Але щоб отримати його результат в електричному ланцюзі, спочатку потрібно знайти силу електрики.
Знаходження струму у повному ланцюзі
З фізики відомо, що будь-який генератор струму має свій опір, який ще прийнято називати внутрішня потужність. Крім цього, джерело електрики також має свою силу.
Дамо значення кожному елементу ланцюга:
- опір - r;
- сила струму – Е;
Отже, щоб знайти силу струму, позначення якого буде I, і напруга на резисторі U, знадобиться час t, з проходженням заряду q = lt.
У зв'язку з тим, що сила електрики стала, робота генератора повністю перетворюється на тепло, що виділяється на R і r. Таку кількість можна розрахувати за законом Джоуля-Ленца:
Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.
Потім прирівнюються праві частини формули:
EIt = I2 (R + r) t.
Здійснивши скорочення, виходить розрахунок:
Зробивши у формули перестановку, у результаті виходить:
Дане підсумкове значення буде електричною силою цього пристрою.
Провівши таким чином попередній розрахунок, тепер можна визначити ККД.
Розрахунок ККД електричного ланцюга
Потужність, яка отримується від джерела струму, називається споживаною, визначення її записується - P1. Якщо ця фізична величина переходить від генератора на повний ланцюг, вона вважається корисною і записується – Р2.
Щоб визначити ККД ланцюга, необхідно згадати закон збереження енергії. Відповідно до нього, потужність приймача Р2 буде завжди менше споживаної потужності Р1. Це тим, що у процесі роботи у приймачі завжди відбувається неминуча порожня витрата перетворюваної енергії, яка витрачається нагрівання проводів, їх оболонки, вихрових струмів тощо.
Щоб знайти оцінку властивостей перетворення енергії, необхідний ККД, який дорівнює відношенню потужностей Р2 і Р1.
Отже, знаючи всі значення показників, що становлять електроланцюги, знаходимо її корисну та повну роботу:
- А корисна. = qU = IUt = I2Rt;
- А повна = qE = IEt = I2(R+r)t.
Відповідно до цих значень, знайдемо потужності джерела струму:
- Р2 = корисна /t = IU = I2 R;
- P1 = А повна / t = IE = I2 (R + r).
Зробивши всі дії, отримуємо формулу ККД:
n = А корисна / А повна = Р2 / P1 = U / E = R / (R + r).
У цієї формули виходить, що R вище нескінченності, а n вище 1, але при цьому струм в ланцюзі залишається в низькому положенні, і його корисна потужність мінімальна.
Кожен хоче знайти ККД підвищеного значення. Для цього необхідно знайти умови, за яких P2 буде максимальним. Оптимальні значення будуть:
- P2 = I2 R = (E/R + r)2 R;
- dP2 / dR = (E2 (R + r)2 - 2 (r + R) E2 R) / (R + r) 4 = 0;
- E2 ((R + r) -2R) = 0.
У даному виразі Е і (R + r) не дорівнюють 0, отже, йому дорівнює вираз у дужках, тобто (r = R). Тоді виходить, що потужність має максимальне значення, а коефіцієнт корисної дії = 50%.
Як видно, знайти коефіцієнт корисної дії електричного кола можна самостійно, не вдаючись до послуг фахівця. Головне - дотримуватися послідовності в розрахунках і не виходити за рамки наведених формул.
Відео
Відомо, що вічний двигун неможливий. Це пов'язано з тим, що для будь-якого механізму справедливе твердження: виконана за допомогою цього механізму повна робота (у тому числі на нагрівання механізму та навколишнього середовища, на подолання сили тертя) завжди більша за корисну роботу.
Наприклад, більше половини роботи двигуна внутрішнього згоряння відбувається марно витрачається на нагрівання складових частин двигуна; кілька теплоти виносять вихлопні гази.
Часто необхідно оцінювати ефективність механізму, доцільність його використання. Тому, щоб розраховувати, яка частина від виконаної роботи витрачається марно і яка частина з користю, вводиться спеціальна фізична величина, яка показує ефективність механізму.
Ця величина називається коефіцієнтом корисної дії механізму
Коефіцієнт корисної дії механізму дорівнює відношенню корисної роботи до повної роботи. Очевидно, коефіцієнт корисної дії завжди менше одиниці. Цю величину часто виражають у відсотках. Зазвичай її позначають грецькою літерою η (читається "ця"). Скорочено коефіцієнт корисної дії записують ККД.
η = (А_повний /А_корисний) * 100%,
де η ККД, А_повна повна робота, А_корисна корисна робота.
p align="justify"> Серед двигунів найбільший коефіцієнт корисної дії має електричний двигун (до 98%). Коефіцієнт корисної дії двигунів внутрішнього згоряння 20-40%, парової турбіни приблизно 30%.
Зазначимо, що для збільшення коефіцієнта корисної дії механізмучасто намагаються зменшити силу тертя. Це можна зробити, використовуючи різні мастила або шарикопідшипники, в яких тертя ковзання замінюється тертям кочення.
Приклади розрахунку ККД
Розглянемо приклад.Велосипедист масою 55 кг піднявся велосипедом масою 5 кг на пагорб, висота якого 10 м, здійснивши при цьому роботу 8 кДж. Знайдіть коефіцієнт корисної дії велосипеда. Тертя кочення коліс дорогу не враховуйте.
Рішення.Знайдемо загальну масу велосипеда та велосипедиста:
m = 55 кг + 5 кг = 60 кг
Знайдемо їхню загальну вагу:
P = mg = 60 кг * 10 Н/кг = 600 Н
Знайдемо роботу, здійснену на підйом велосипеда та велосипедиста:
Aкорисн = РS = 600 Н * 10 м = 6 кДж
Знайдемо ККД велосипеда:
А_повн /А_корисн * 100% = 6 кДж / 8 кДж * 100% = 75%
Відповідь:ККД велосипеда дорівнює 75%.
Розглянемо ще один приклад.На кінець плеча важеля підвішено тіло масою m. До іншого плеча прикладають силу F, спрямовану вниз, та її кінець опускається на h. Знайдіть, наскільки піднялося тіло, якщо коефіцієнт корисної дії важеля дорівнює η %.
Рішення.Знайдемо роботу, здійснену силою F:
η % від цієї роботи здійснено на те, щоб підняти тіло масою m. Отже, на підняття тіла витрачено Fhη/100. Так як вага тіла дорівнює mg, тіло піднялося на висоту Fhη/100/mg.
Мова в цій статті піде про все знайомого, але багатьом незрозумілого терміна коефіцієнт корисної дії (ККД). Що це таке? Давайте розберемося. Коефіцієнт корисної дії, далі за текстом (ККД) - характеристика ефективності системи будь-якого пристрою щодо перетворення або передачі енергії. Визначається ставленням корисної використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою. Позначається зазвичай? («Ця»). ? = Wпол/Wcyм. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється у відсотках. Математично визначення ККД може бути записане у вигляді: n=(A:Q) х100 %, де А – корисна робота, а Q – витрачена робота. Через закон збереження енергії ККД завжди менше одиниці або дорівнює їй, тобто неможливо отримати корисної роботи більше, ніж витрачено енергії! Переглядаючи різні сайти, часто дивуюся, як радіоаматори повідомляють, вірніше, хвалять свої конструкції, за високий ККД, не маючи уявлення, що це таке! Для наочності з прикладу розглянемо спрощену схему перетворювача, і дізнаємося, як знайти ККД пристрою. Спрощена схема зображена на рис.1Допустимо за основу взяли підвищуючий DC/DC перетворювач напруги (далі ПН), з однополярного, підвищене однополярне. У розрив ланцюга живлення включаємо амперметр РА1,і паралельно входу живлення ПН вольтметр РА2, показання яких потрібні для розрахунку споживаної (Р1) потужності пристрою та навантаження разом від джерела живлення. До виходу ПН в розрив живлення навантаження теж включаємо амперметр РАЗ і вольтметр РА4, потрібні для розрахунку споживаного навантаження (Р2) потужності від ПН. Отже, все готове до розрахунку ККД, тоді приступимо. Включаємо свій пристрій, вимірюємо показання приладів і розраховуємо потужності Р1 і Р2. Звідси Р1 = I1 x U1, і P2 = I2 x U2. Тепер розраховуємо ККД за формулою: ККД(%) = Р2: Р1 х100. Ось тепер ви дізналися приблизно реальний ККД свого пристрою. За подібною формулою можна розрахувати ПН і з двома полярними виходами за формулою: ККД(%)= (Р2+Р3) : Р1 х100, а також понижувальний перетворювач. Слід зазначити, що значення (Р1) входить також і струм споживання, наприклад: ШИМ-контролера, і (або) драйвера управління польовими транзисторами, та іншими елементами конструкції.
Для довідки: виробники автопідсилювачів найчастіше вказують вихідну потужність підсилювача набагато більше, ніж насправді! Але, дізнатися про реальну потужність автопідсилювача, можна за простою формулою. Допустимо на автопідсилювачі в ланцюзі живлення +12v, стоїть запобіжник на 50 А. Обчислюємо, Р = 12V х 50A, разом отримуємо потужність споживання 600 Вт. Навіть у якісних та дорогих моделях ККД всього пристрою навряд чи перевищує 95%. Адже частина ККД розсіюється у вигляді тепла на потужних транзисторах, обмотках трансформатора, випрямлячах. Так ось повернемося до розрахунку, отримуємо 600 Вт: 100% х92 = 570Вт. Отже, не якісь там 1000 Вт або навіть 800 Вт, як пишуть виробники, цей автопідсилювач не видасть! Сподіваюся, ця стаття допоможе Вам розібратися у такій відносній величині, як ККД! Всім удачі у розробках та повторенні конструкцій. З Вами був invertor.
Робота, що здійснюється двигуном, дорівнює:
Вперше цей процес було розглянуто французьким інженером і вченим Н. Л. С. Карно в 1824 р. в книзі «Роздуми про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу».
Метою досліджень Карно було з'ясування причин недосконалості теплових машин на той час (вони мали ККД ≤ 5 %) та пошуки шляхів їх удосконалення.
Цикл Карно - найефективніший із усіх можливих. Його ККД максимальний.
На малюнку зображені термодинамічні процеси циклу. У процесі ізотермічного розширення (1-2) за температури T 1 , робота відбувається за рахунок зміни внутрішньої енергії нагрівача, тобто за рахунок підведення до газу кількості теплоти Q:
A 12 = Q 1 ,
Охолодження газу перед стисненням (3-4) відбувається при адіабатному розширенні (2-3). Зміна внутрішньої енергії ΔU 23 при адіабатному процесі ( Q = 0) повністю перетворюється на механічну роботу:
A 23 = -ΔU 23 ,
Температура газу в результаті адіабатичного розширення (2-3) знижується до температури холодильника T 2 < T 1 . У процесі (3-4) газ ізотермічно стискається, передаючи холодильнику кількість теплоти. Q 2:
A 34 = Q 2,
Цикл завершується процесом адіабатичного стиснення (4-1), при якому газ нагрівається до температури Т 1.
Максимальне значення ККД теплових двигунів, що працюють на ідеальному газі, за циклом Карно:
.
Суть формули виражена у доведеній З. Карно теоремі про те, що ККД будь-якого теплового двигуна не може перевищувати ККД циклу Карно, що здійснюється за тієї ж температури нагрівача і холодильника.
